Особенности создания 3D контента для игр

Рéференс – это вспомогательное изображение: рисунок или фотография, которые 3D художник использует, как примерное представление того, что хотелось бы видеть для дальнейшей обработки в моделировании.

При создании 3D контента, будь то реалистичное направление дизайна или стилизованное, использование референсов – одна из важнейших частей рабочего процесса. К сожалению, многие неопытные художники часто упускают из виду этот аспект. Качество выполненной вами работы во многом определяется тем, насколько много усилий вы приложили к поиску и использованию референсов в самом её начале.

Где искать референсы?  Ваш основной источник - это, конечно же, поиск по изображениям в Google. Возможно, вы сможете обойтись только им, но иногда полезно поискать также на других поисковых ресурсах, например, Pinterest. Но интернет не единственный ресурс, который вы можете использовать. Книги, журналы, газетные вырезки могут обеспечить вас большим количеством референсов, которые вы просто не найдёте в интернете. Можно посетить место, похожее на то окружение, которое вы хотите воссоздать и просто сфотографировать его. В идеале вы должны получить референсы по каждой отдельной части моделируемого объекта. Программа, которая упростит вам жизнь при использовании референсов это PureRef.  Эта программа позволяет собрать все изображения в одном файле, и менять их отображение.

Важно понимать, что референс – это не просто копирование чужих наработок, а компиляция и развитие удачных идей!

Отлично! Мы собрали референсы и готовы приступить к созданию своего шедевра. Любая 3D модель состоит из вершин (vertex), рёбер (edge) и полигонов (polygon). С вершинами и ребрами все понятно, а вот что такое полигон? Полигон – это многоугольник, у которого минимум 3 вершины (максимум не ограничен). Полигоны называют по-разному: трисы (с 3 вершинами), квады (с 4 вершинами), н-гоны (более 4 вершин).

Совокупность вершин, рёбер и полигонов образуют полигональную сетку, которая и определяет форму модели в компьютерной графике. То есть чтобы создать 3D модель нужно всего лишь расставить вершины на нужное место. Не правда ли, просто?

И вот для этой, казалось бы, нетривиальной операции было придумано огромное количество программ. Здесь есть и коммерческие, и открытые (бесплатные) продукты. К первым можно отнести Maya, 3ds Max, Modo, ZBrush, 3D Coat и ряд других. Среди свободно распространяемых программных продуктов стоит отметить Blender.

Чаще всего вам придется иметь дело с двумя типами моделирования: низкополигональное (low poly) и высокополигональное (high poly)

LowPoly - упрощённая и оптимизированная модель для игры с минимальным количеством полигонов. В мобильных играх LowPoly очень легкая, 2000 - 10000 треугольников (принято считать в треугольных полигонах), но на некоторых ААА проектах главный персонаж может состоять из 250000+ треугольных полигонов.

HighPoly — максимально детализированная модель, на которой видны самые маленькие детали. Такая модель используется для переноса детализации на LowPoly путем запекания текстурных карт (об этом поговорим далее). HighPoly не ограничено количеством полигонов. В игровой движок такую сетку не вставишь, зато она может быть сколько угодно детализированной и гладкой.

Для создания такой модели чаще всего используют скульпт – технику, где сетка объекта настолько плотная, что мнется как пластилин. Для этого используют специальные программы – ZBrush, Blender, Mudbox, 3d Coat. Главная особенность скульпта – можно работать с десятками и сотнями миллионов полигонов!

Еще один популярный вариант создания HighPoly – это сабдив (subD). При такой технике моделирования, формы получаются гладкими с круглыми фасками. Для данного способа подойдут практически все популярные 3D редакторы.

Также есть еще один способ создания 3D модели CAD (Computer-Aided Design). Принципиальным отличием данного метода моделирования является то, что тут нет никаких полигонов. Все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление. Оно отлично подходит для проектирования оружия, шестеренок, двигателей, да и всего, что получается путем промышленного производства. Одной из самых популярных программ для данного направления является Fusion 360.

Итак, у нас есть 3D -модель, но, чтобы добавить ей текстуру, необходимо сначала сделать UV-развертку.

UV-преобразование или развёртка в трёхмерной графике (англ. UV map) — соответствие между координатами на поверхности трёхмерного объекта (X, Y, Z) и координатами на текстуре (U, V). Развёртка может строиться как вручную, так и автоматически.

Развёртка переносит объёмные формы на плоскость для того, чтобы на них можно было положить текстуры. Отсюда возникает отдельный этап — UV развёртка. Проще всего представить себе работу с UV как оригами - из плоского листа бумаги создается объемная модель. Развёртка делает то же самое, только наоборот — разворачивает нашу модель на плоскость.
Развёртка всегда делается на LowPoly модели! В любом 3D редакторе есть инструментарий для работы с UV. Но для удобства иногда используют отдельные программы, созданные исключительно для работы с UV, такие как UV Layout или Rizom UV.

Все карты, которые мы запекаем, создаются на основе развёртки.

Итак, мы имеем упрощённую и оптимизированную модель для игры (LowPoly) и ее максимально детализированную копию (HighPoly). Вопрос – как сделать так, чтобы наша упрощенная модель выглядела словно детализированная, при этом не увеличивая количество полигонов? Для этого необходимо с помощью нехитрых манипуляций запечь информацию о деталях с HighPoly на LowPoly модель. Данная функция есть практически во всех 3D редакторах. В то же время большой популярностью пользуются такие программы, как Marmoset и Substance Painter. В итоге мы получаем ряд текстурных карт: Normal map (карту неровностей), Ambient Occlusion или AO (карту затенения), Color ID (цветные маски) и другие. Применяя данные карты к нашей LowPoly модели, мы получаем визуально детализированную модель с минимально возможным количеством полигонов.

Вот некоторые из текстурных карт:

Карта нормалей (Normal map) – это RGB изображение, используемое для имитации неровностей поверхности на объекте. С ее помощью можно добавить различные детали и заставить модель выглядеть более реалистично. Именно благодаря Normal map наша низкополигональная модель выглядит как HighPoly.

Все карты, которые мы запекаем, создаются на основе развёртки.

Текстурирование — важный этап создания 3D модели, в ходе которого создаются материалы, придающие модели законченный вид. На данный момент самыми популярными программами для текстурирования являются Substance Painter, Substance Designer, Mari, Quixel Mixer и Photoshop (куда ж без него). Для стилизованного, живописного Hand-painted текстурирования неплохо подходит 3dCoat.

Перед началом текстурирования мы загружаем в программу нашу LowPoly модель и предварительно запеченные карты.

Самое главное, что создается при текстурировании – это карта цвета, также называемая диффузом. Также параллельно мы можем редактировать и дорабатывать уже существующие карты, которые ранее запекали. Например, мы можем добавить различные детали на картах нормалей, чтобы модель выглядела еще более реалистичной (заклепки на металле, швы на одежде).

В итоге у нас получается полный набор текстурных карт, который позволит нашей модели выглядеть должным образом в игровом движке.

Вот мы и добрались до финала. Осталось взять нашу готовую модель и поместить ее в игровой движок.

В настоящее время создано множество готовых игровых движков для облегчения создания мобильных, компьютерных и консольных игр. Одни из самых часто используемых в индустрии - это Unreal Engine и Unity. Игровой движок представляет собой базовое программное обеспечение для создания компьютерных игр. В него загружаются все 3D модели, настраиваются материалы. И далее программисты настраивают взаимодействие объектов и программируют логику игры.